基于光学三角法的非接触测量技术及应用

　　一、光学三角法的基本原理

　　光学三角法与现代电子学结合，可广泛地应用于工业测量和机器人学中。机器人学中的物体识别和探测需较快的速率;工业测量中则需较高的精度。三角测量系统的高速度和高精度优点，可满足上述要求。

　　如附图所示为透镜、CCD传感器(成像面)和激光器的配置，可用于测量相对或绝对位移。对附图(a)所示的情况，物像关系为:

　　物像间是线性关系。简单的校准允许该系统用于测量距离，或者通过与已知尺寸的物体的比较进行测量。

　　对附图(b)所示的情况，将镜头和激光器配置关系调整，则物象关系为

　　注意，在这种配置下，测量范围D较小，否则在CCD上得不到清晰的像。

　　为了加大测量范围，可如附图(c)布置镜头和激光器，则物像关系为:

　　其中，巾与0应满足如下关系，以保证被测点成像在CCD上

　　由式(3)可知:

　　故测出CCD上感应像素相对于中心的偏移占后，由(5)式即可求出所测距离D。

　　若需测量物体的全部表面或测量较为大型的结构，可将光学系统设计为绕中心轴旋转的形式，或将测量系统固定使物体旋转，均可以合理的速度和精度实现这样的测量功能。

　　二、数据采集与控制系统

　　采用微机进行数据采集和数据处理，采集板可选用VP32图像数据采集板或其它类似产品.

　　通过用高级语言调用采集板所提供的函数对其进行适当操作，即可完成数据采集，然后对采集到的数据进行滤波、特征提取等处理，对不同的测量目的要求编制相应的滤波，特征提取等软件，即可得到所测参数值，并在监视器上将测量结果显示输出.

　　三、精度分析

　　l、计算公式

　　对附图(c)系统而言，CCD像素偏差的误差△j与实测距离误差△D间的关系可通过对式(5)进行微分求得，即

　　由此可得

　　此即△占与△D间的计算关系式。

　　设CCD相邻两个像素间的距离为S，即可将得出感应像素偏差的一个像素误差对应的实测距离误差W的计算公式为:

　　2、误差分析与处理

　　影响测量系统精度的误差源包括:

　　①测量装置方面的因素:由于光学仪器与元件的制造与安装不正确引起的偏差，主要有镜头、CCD等元件;

　　②测量方法方面的因素:数据采集、信号滤波、特征提取、数据处理近似计算公式误差等;

　　③测量环境方面的因素:测量时机械振动、实际温度、电压和电流冲击对测量精度的影响等.